Моделирование образования выбросов типа B показывает состояние реактора №1 во время ядерной катастрофы на Фукусима-дайити.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3686 (2023) Цитировать эту статью

1295 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Впервые была разработана модель для моделирования охлаждения микрочастиц, содержащих радиоцезий типа B, полученных из первого энергоблока АЭС Фукусима-1, и которые попали в окружающую среду во время ядерной катастрофы в 2011 году. Устанавливая аналогию между CsMP типа B и вулканическими пирокластами, представленная модель моделирует быстрое охлаждение шипучего фрагмента силикатного расплава при выбросе в атмосферу. Модель успешно воспроизвела бимодальное распределение диаметров внутренних пустот, наблюдаемое в CsMP «Тип B», однако расхождения возникли в первую очередь из-за игнорирования поверхностного натяжения и слияния внутренних пустот. Модель впоследствии была использована для оценки температуры внутри реакторного блока 1 в момент, предшествующий взрыву водорода, — между 1900 и 1980 К. Такая модель демонстрирует точность вулканического пирокласта — аналога CsMP «типа B» и подтверждает радиальные изменения Скорость охлаждения как причина везикулярной текстуры выбросов Блока 1. Представленные результаты открывают возможности для дальнейшего изучения сравнения вулканических пирокластов и CsMP «типа B» посредством экспериментов, что обеспечит более глубокое понимание конкретных условий внутри реакторного блока 1 во время катастрофической аварии на японской прибрежной электростанции.

11 марта 2011 года у восточного побережья Японии произошло Великое землетрясение Тохоку магнитудой 9,0. Возникшее в результате цунами затопило 560 км2 территории, разрушив более миллиона зданий и унеся жизни около 19 000 человек1,2. Экономический ущерб оценивается в 235 миллиардов долларов США, что делает эту катастрофу самой дорогостоящей в истории3. Атомная электростанция Фукусима-дайити (FDNPP), расположенная в 180 км от эпицентра землетрясения, состоит из шести реакторов с кипящей водой, схематически показанных на рисунке 1, которые эксплуатируются Токийской электроэнергетической компанией (TEPCO). При обнаружении землетрясения в 14:46 по японскому стандартному времени (JST)4 все три действующих реактора на ФДНЭС, энергоблоки 1, 2 и 3 (блоки 4, 5, 6 в то время находились в автономном режиме) были немедленно остановлены путем включения стержни управления, ингибирующие деление (также известные как стержни управления с топором безопасности - «SCRAM»). Хотя станция оказалась устойчивой к сейсмике, землетрясение повредило внешнюю инфраструктуру электропередачи, вынудив станцию ​​перейти на аварийные дизель-генераторы. Через 40 минут они вышли из строя, когда весь объект был затоплен волной цунами высотой 15 м, что привело к отключению электроэнергии на всей станции5. Кроме того, цунами разрушило насосы забортной воды, системы отвода остаточного тепла и электрические распределительные устройства, в результате чего были отключены все возможности охлаждения активной зоны электростанции. Через час после аварийного останова три действующих реактора все еще производили примерно 1,5% своей номинальной тепловой мощности за счет распада продуктов деления2. Изолированные от главного радиатора, температура и давление внутри корпусов реактора (RPV) быстро возрастали, образуя большое количество пара. Кроме того, в результате экзотермического взаимодействия циркониевой оболочки с этим перегретым паром в энергоблоке № 16 образовалось около 130 кг водорода. Различные попытки снизить растущее давление и охладить каждую из активных зон реактора постепенно терпели неудачу, что привело к расплавлению активной зоны. 12 и 14 марта на энергоблоках №1 и №3 ПДНЭС произошли взрывы водорода соответственно, в результате чего сорвало крыши обоих реакторных зданий. Реакторный блок № 4, несмотря на то, что он не работал, также взорвался из-за притока горючего газа, выходящего из соседнего энергоблока № 37. Хотя здание реактора № 2 не взорвалось, 15 марта в его первичной защитной оболочке (PCV) произошел взрыв. утечка2, вызвавшая самый большой вклад радиоактивного загрязнения на суше8.